Электрофизические свойства пламени

Структуру работы смотрите в содержании.
Ссылки на литературу есть.
Оригинальность - 53% по антиплагиат.ру.
Оформление по ГОСТу. ...

ВВЕДЕНИЕ 3
1. Общие сведения 4
2. Электрофизические свойства 6
2.1 Равновесная ионизация (формула Саха) 6
2.2 Образование отрицательных ионов 9
2.3 Роль конденсированных частиц 11
2.4 Процессы ионизации и рекомбинации 13
2.5 Хемиионизация в пламенах 15
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 18
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 19

Процессам горения посвящены большое количество работ как отечественных, так и зарубежных инженеров, исследователей, ученых. Основоположником современной общепринятой тепловой модели горения является наш соотечественник Владимир Александрович Михельсон.
Актуальность темы реферата заключается в том, что ионизация пламени приобрела в настоящее время важное прикладное значение, прежде всего при получении электрической энергии с помощью магнито-гидродинамического метода.
Цель работы - более полное изучение электрофизических свойств пламени.
Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач - рассмотреть общие сведения об электрофизических свойств пламени, равновесную ионизацию (формулу Саха), образование отрицательных ионов, роль конденсированных частиц, процессы ионизации и ре комбинации, хемиионизацию в пламени.
Структура реферата включает в себя несколько частей: введение, основную часть (две главы), заключение и библиографический список, состоящий из семи источников литературы.

Рассмотрение равновесия ионизации молекул только лишь имеет свой смысл, т.к. ко времени наступления тепловой ионизации химические соединения, как правило, уже до конца диссоциированы. В следствие чего для молекулярных ионов и самих молекул нужно рассматривать равновесие диссоциации, а для атомных ионов и самих атомов — равновесие ионизации. В дальнейшем под равновесием ионизации необходимо понимать непосредственно равновесие между электронами, атомными ионами и самими атомами. Поэтому можно выразить каждую статистическую сумму следующим образом:Σ = gΣпост, (2.7)где g — полный статистический вес внутренних степеней свободы; Σпост — для поступательных степеней свободы статистическая сумма.Поступательную сумму можно вычислить в квазиклассическом приближении, при этом считая, что каждое состояние занимает объем h3 (где h = 2рћ — постоянная Планка). Поэтому, если исходить из понятия числа состояний в фазовом объеме с учетом распределения Максвелла, можно записать следующее:ΔΓ p2  ∫ p2dΓ Σпост = Σ——exp–——— =exp –—————,(2.8)h3 2mkt  2mkth3 где Γ — фазовый объем, dΓ = 4πdp2V;р — импульс частицы; V — обычный объем;Статистические суммы Σпост для электрона, иона, а также атома отличаются только лишь значением массы в Формуле 2.8. Подставляя Формулу 2.8 в Формулу 2.6, получаем: (2.9)где m — масса электрона; Мi — масса иона; Ма — масса атома.Формула 2.9, которая определяет концентрацию электронов (в случае термодинамического равновесия), имеет название формула Саха.Из Формулы 2.9 следует, что в продуктах сгорания равновесная концентрация электронов определяется главным образом потенциалами ионизации атомов и температурой. Концентрация электронов увеличивается с увеличением температуры продуктов сгорания, а концентрация электронов тем больше, чем ниже потенциал ионизации атомов. В продуктах горения высокую концентрацию электронов могут обеспечить атомы щелочных металлов, это обосновывается тем, что потенциалы ионизации у этих химических элементов наиболее низкие. Потенциалы ионизации атомов некоторых элементов приведены в Таблице 2.1.Таблица 2.1 - Потенциалы ионизации атомов элементовФормулу Саха нетрудно обобщить на случай многоступенчатой ионизации:i+i +++ e– (2.10)Тем не менее энергия ионизации однозарядных ионов довольно велика. Примером служит энергия ионизации однозарядного иона цезия, она имеет значение в 25,1 электронвольт. Именно из-за при температурах горения двухзарядные ионы практически не образуются. Не образуются также и многозарядные ионы.2.2 Образование отрицательных ионовПри определенно низких температурах в продуктах сгорания имеет возможность образование отрицательных ионов. Это происходит за счет процесса «прилипания» свободного электрона к молекуле, либо атому нейтральному. Химическое уравнение данной реакции будет такова:a + e– a– + I–, (2.11)где a– — отрицательный ион; l – — энергия сродства к электрону.Тогда уравнение закона действия масс принимает следующий вид: (2.12)Формула Саха для отрицательных ионов выглядит так: (2.13)Образование определенного количества отрицательных ионов из-за процесса «прилипания» возможно в том случае, если в продуктах сгорания вместе с частицами, которые обладают довольно большим сродством к электрону I –,присутствуют и другие частицы, ионизирующиеся. Они поставляют необходимые электроны. Действительно, для того чтобы отношение ca–/са было большим, необходимо высокое ce–, а Т — мала.Сродство к электрону определенных радикалов, молекул и атомов указано в Таблице 2.2.Таблица 2.2 - Энергия сродства I- частиц к электрону2.3 Роль конденсированных частицВ некоторых работах экспериментальным путем установлена аномально высокая ионизация пламени систем, содержащих углерод. Эта система не может быть объяснена с помощью формулы Саха, т.к. потенциалы ионизации газообразных продуктов сгорания имеют довольно высокие значения, а температуры пламени данных систем низкие (от полутора до двух тысяч кельвинов). Также опытным путем доказано, что аномально высокая ионизация, которая наблюдается в продуктах сгорания, может быть объяснена термоэмиссией электронов поверхности конденсированных частиц, как правило углеродных. Она сильно может влиять на электрические свойства пламени. Формула Саха также может быть обобщена на случай процессов ионизации и захвата электронов конденсированными частицами Р, то есть процессов типа:Pm Pm+1 + e–, (2.14)где m — целые числа, которые выражают заряд конденсированной частицы в единицах заряда электрона; причем т > 0 обозначает положительный заряд, m = 0 соответствует нейтральным частицам, аm < 0 — соответствует частицам с отрицательным зарядом.Согласно материалам двенадцатого Международного симпозиума по горению (Питтсбург, одна тысяча девятьсот шестьдесят девятый год) равновесная концентрация электронов, которая получается в итоге многократной ионизации субмикроскопических твердых образований типа углеродных частиц в пламени, равна: (2.15)где ϕ0 — работа выхода электрона, которая зависит от вещества конденсированной частицы; r — радиус частиц; cp — концентрация частиц Р; ze — заряд электрона.При помощи формулы есть возможность оценить влияние конденсированной фазы на электрофизические характеристики пламени. Эта формула имеет справедливость при определенных высоких степенях ионизации конденсированных частиц. Стоит заметить, что потенциал ионизации атомов углерода — 11,256 электронвольт, а работа выхода электрона из графитовых частиц — всего приблизительно четыре электронвольта, то есть в каких-то системах конденсированная фаза продуктов сгорания может более эффективно поставлять свободные электроны, чем, например, газовая фаза. Расчет концентрации электронов в пламени при наличии конденсированных частиц имеет свою сложность. Она заключается в функциях распределения конденсированных частиц по размерам, концентрациях и неполной информации о работах выхода электрона.2.4 Процессы ионизации и рекомбинацииМожно перечислить главные процессы ионизации и обратные им процессы рекомбинации в пламени при участии свободных электронов.1. Рекомбинация трех частиц и ионизация электронами:– cica– –a +e ––––i +e ca2. Фоторекомбинация и фотоионизация: a+hv i+ e–3. Поглощение электронов конденсированными частицами и термоэмиссия электронов:Pm Pm+1 + e–4. Рекомбинация трех частиц и ионизация ударом тяжелых частиц:at +a2 i1 +a2 +e–5. Химическая ионизация.Белл Р. с соавторами (в одна тысяча девятьсот семидесятом году) установили, что в пламени газовой смеси CO + O2 + N2 при нормальном атмосферном давлении и температуре две с половиной тысячи кельвинов первичная ионизация происходит не вследствие электронного удара, а при помощи химической ионизации. С помощью различных добавок в пламя показано, что ионизация происходит следующим образом:CN + O· + O· CO + NO+ +e–CN + О· + О· CO+ + NO +e–Дженсен Д.Е. указывал, что в пламени, содержащей углерод, ионизация, возможно, происходит по следующей реакции:СН + О· СНО+ +е–Изучение процессов химической ионизации в пламени представляет немаленькие трудности, именно поэтому химическую ионизацию часто изучают в модельных условиях: за фронтом слабой ударной волны, где температура и концентрация частиц неизменны в интервале времени (Дженсен Д.Е.) и в сравнительно большом объеме. Тем не менее и в этих случаях процессы ионизации могут быть непростыми и быть усложненными.Иванов Б.А.